水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4) は、有機合成における還元剤として、また燃料電池の水素源として使用される白色の結晶性粉末です。非常に反応性が高く、水に敏感です。
| IUPAC名 | テトラヒドロホウ酸ナトリウム |
| 分子式 | NaBH4 |
| CAS番号 | 16940-66-2 |
| 同義語 | 水素化ホウ素ナトリウム、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム水和物、テトラヒドロホウ酸ナトリウム水和物 |
| インチチ | InChI=1S/BH4.Na/h1H4;/q+1;-1 |
水素化ホウ素ナトリウムの性質
水素化ホウ素ナトリウムの沸点
水素化ホウ素ナトリウムは加熱すると分解するため、明確に定義された沸点がありません。分解温度は温度と圧力の条件によって異なります。
水素化ホウ素ナトリウムの融点
水素化ホウ素ナトリウムの融点は 240 ～ 242°C です。この温度では、固体の NaBH4 が液体の状態に変化します。
水素化ホウ素ナトリウムの密度 g/ml
水素化ホウ素ナトリウムの密度は 1.33 g/ml です。他の物質に比べて比較的密度の高い白色の結晶固体です。
水素化ホウ素ナトリウムのモル質量
水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4) のモル質量は 37.83 g/mol です。 NaBH4 の分子式に存在するすべての原子 (ナトリウム原子 1 個、ホウ素原子 1 個、水素原子 4 個) の原子質量を加算することによって計算されます。
水素化ホウ素ナトリウムの分子量
水素化ホウ素ナトリウムの分子量は 37.83 g/mol です。これは、NaBH4 の分子式内の個々の原子の原子質量の合計です。
水素化ホウ素ナトリウムの構造
水素化ホウ素ナトリウムは、中心にナトリウムイオンがあり、それに 4 つの水素化ホウ素基が結合した四面体分子です。ホウ素原子は 4 つの水素原子と結合し、四面体構造を形成します。
水素化ホウ素ナトリウムの配合
テトラヒドロホウ酸ナトリウムの化学式は NaBH4 です。 1 つのナトリウム原子 (Na)、1 つのホウ素原子 (B)、および 4 つの水素原子 (H) で構成されています。この式は、この物質の化学組成と元素組成を表します。
| 外観 | 白色の結晶性粉末 |
| 比重 | 1.33g/ml |
| 色 | 白 |
| 匂い | 無臭 |
| モル質量 | 37.83 g/モル |
| 密度 | 1.33g/ml |
| 融合点 | 240～242℃ |
| 沸点 | 加熱すると分解する |
| フラッシュドット | 適用できない |
| 水への溶解度 | 水に溶ける |
| 溶解性 | 有機溶剤に可溶 |
| 蒸気圧 | 適用できない |
| 蒸気密度 | 適用できない |
| pKa | 適用できない |
| pH | 適用できない |
水素化ホウ素ナトリウムの安全性と危険性
テトラヒドロホウ酸ナトリウムは引火性があり、水と反応します。可燃性の水素ガスを放出し、空気と爆発性混合物を形成する可能性があります。テトラヒドロホウ酸ナトリウムも皮膚や目を刺激します。テトラヒドロホウ酸ナトリウムを取り扱う際は、暴露を最小限に抑えるために、適切な換気と個人用保護具を使用する必要があります。発火源や水から離れた、涼しく乾燥した場所に保管してください。
| ハザードシンボル | 可燃性、刺激性 |
| セキュリティの説明 | S26、S36/37 |
| 国連識別番号 | UN3375 |
| HSコード | 2827.90.90 |
| 危険等級 | 4.3 |
| 梱包グループ | Ⅱ |
| 毒性 | 経口摂取、吸入および皮膚接触による中程度の毒性 |
水素化ホウ素ナトリウムの合成方法
水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4) は、次のようないくつかの方法で合成できます。
- 金属ナトリウムの還元: この方法では、三酸化ホウ素 (B2O3) を金属ナトリウムで還元して NaBH4 を生成します。
- 水素化ナトリウムの還元: 水素化ナトリウム (NaH) を使用すると、三ハロゲン化ホウ素を還元して NaBH4 を生成できます。
- 水素化アルミニウムリチウムの還元: 水素化アルミニウムリチウム (LiAlH4) を使用すると、ハロゲン化ホウ素を還元して NaBH4 を生成できます。
- 水素化: 水素化ホウ素ナトリウムは、水素化ホウ素ナトリウム (NaBH3H) の水素化によって合成できます。
テトラヒドロホウ酸ナトリウムは可燃性で反応性があるため、これらの方法はすべて、特殊な装置と十分に換気された環境で訓練を受けた担当者が実行する必要があります。選択される合成方法は、目的の収率、純度、およびコストの考慮事項によって異なります。
水素化ホウ素ナトリウムの用途
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) は多用途の還元剤であり、さまざまな分野で幅広い用途があります。テトラヒドロホウ酸ナトリウムの一般的な用途には次のようなものがあります。
- 有機合成: NaBH4 は、カルボニル化合物、エステル、ニトリル、アミドを対応するアルコール、アルデヒド、アミンに還元する際に使用されます。
- 医薬品: テトラヒドロホウ酸ナトリウムは、さまざまな医薬品有効成分の合成やキラル化合物の調製に使用されます。
- ポリマーサイエンス: NaBH4 はエポキシ樹脂と不飽和ポリエステル樹脂の還元に使用されます。
- 環境: テトラヒドロホウ酸ナトリウムは、重金属や染料などの汚染物質を削減するために廃水処理に使用できます。
- 食品産業: NaBH4 は、低脂肪スプレッド、アイスクリーム、チョコレートの製造において還元剤として使用されます。
全体として、テトラヒドロホウ酸ナトリウムは、その穏やかな還元特性と複雑な分子構造内の官能基を選択的に還元する能力により、化学合成の分野で貴重なツールであることが証明されています。
質問:
これらの化合物のうち、水素化ホウ素ナトリウムによって還元できるのはどれですか?当てはまるもの全てをご確認ください。
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) は、以下を含む幅広い化合物を還元できます。
- アルデヒドやケトンなどのカルボニル化合物
- ニトリル
- エステル
- アミド
- エポキシ樹脂
- 不飽和ポリエステル樹脂
- 特定の染料
- ヘビーメタル
- キラル化合物
特定の条件と反応パラメーターが還元効率と還元プロセスの選択性に影響を与える可能性があることに注意することが重要です。さらに、一部の化合物は望ましくない副反応を起こす可能性があるため、すべての化合物がテトラヒドロホウ酸ナトリウムによる還元に適しているわけではありません。
水素化ホウ素ナトリウムを湿気にさらすことが重要なのはなぜですか?
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) を湿気にさらすことは、次のような理由から重要です。
- 反応性: テトラヒドロホウ酸ナトリウムは非常に反応性が高く、湿気の存在下で急速に分解し、水素ガスと熱を発生します。正しく取り扱わないと、爆発や火災の危険が生じる可能性があります。
- 加水分解: テトラヒドロホウ酸ナトリウムは湿気の存在下で容易に加水分解してテトラヒドロホウ酸ナトリウム水和物 (NaBH4・xH2O) を形成しますが、これは無水形態と比較して還元特性が低下します。
- 保存安定性: 湿気によりテトラヒドロホウ酸ナトリウムが徐々に分解され、保存期間と還元剤としての有効性が低下する可能性があります。
したがって、水素化ホウ素ナトリウムは乾燥した気密容器に保管し、湿気への曝露を最小限に抑えるために換気の良い環境で取り扱うことが重要です。湿気への曝露が避けられない場合は、水分除去剤または保護雰囲気を使用すると、テトラヒドロホウ酸ナトリウムの安定性と反応性への影響を最小限に抑えることができます。
水素化ホウ素ナトリウムは触媒ですか?
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) は一般に触媒ではなく、還元剤とみなされます。触媒とは、それ自体は永久的な変化を起こさずに化学反応を促進する物質です。テトラヒドロホウ酸ナトリウムは還元されると化学的に変化し、還元反応で消費されます。
有機合成および還元反応では、通常、水素化物 (H-) イオン源としてテトラヒドロホウ酸ナトリウムが使用されます。テトラヒドロホウ酸ナトリウムは、これらの水素化物イオンを基質分子に移動させ、それによってカルボニル、ニトリル、エステルなどの官能基を還元します。テトラヒドロホウ酸ナトリウムは還元剤としての役割にもかかわらず、プロトン受容体として二次的な役割を果たすことができ、反応条件に影響を与え、反応結果に影響を及ぼす可能性のある穏やかな塩基となります。
水素化ホウ素ナトリウムを水と混合すると、どのような可燃性ガスが発生しますか?
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) を水と混合すると、急速に加水分解が起こり、水和水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4・xH2O) と水素ガスが生成されます。生成される水素ガスは可燃性であり、適切に取り扱わないと爆発や火災の危険を引き起こす可能性があります。
テトラヒドロホウ酸ナトリウムと水の反応は発熱する可能性があり、熱が発生するため、加水分解速度がさらに加速され、水素ガスの放出が増加する可能性があります。また、この反応により短時間に大量のガスが発生し、過圧や爆発の危険性が生じます。
したがって、テトラヒドロホウ酸ナトリウムは換気の良い環境で取り扱い、湿気や水にさらさないようにすることが重要です。湿気への曝露が避けられない場合は、水分除去剤または保護雰囲気を使用すると、加水分解の速度と水素ガスの放出を最小限に抑えることができます。
樟脳は水素化ホウ素ナトリウムと何モル反応しますか?
テトラヒドロホウ酸ナトリウム (NaBH4) と反応する樟脳のモル数は、反応の化学量論、反応物の濃度と純度、反応条件などのいくつかの要因によって異なります。反応の化学量論は、テトラヒドロホウ酸ナトリウムを使用した樟脳のイソボルネオールへの還元の化学式から決定できます。
C10H16O + 4 NaBH4 → C10H18O + 4 NaBO2 + 4 H2
方程式によれば、1モルの樟脳は4モルのテトラヒドロホウ酸ナトリウムと反応します。所定量の NaBH4 と反応する樟脳の実際の量は、反応物の濃度と純度、および温度、時間、触媒などの反応条件によって異なります。
したがって、より正確な情報がなければ、テトラヒドロホウ酸ナトリウムと反応する樟脳の正確なモル数を決定することはできません。